Bilan du projet pour l'année/la période - OSUG
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
Titre du projet : Mesures, Observation pour une Modélisation à base physique
des écoulements de deux petits bassins sahéliens
Volet : Observation (2012, AO2) – Recherche (2013, AO3)
Porteurs du projet : Jean-Pierre Vandervaere, Sylvie Galle (resp. SO Amma-Catch)
Laboratoires impliqués : LTHE
Bilan du projet pour l’année/la période
Bilan d’activité (1 page max)
Dans le cadre de l’Observatoire Amma-Catch et face à l’augmentation préoccupante des crues du
Niger à Niamey, nous avons souhaité équiper un nouveau bassin versant situé en zone exoréique
(granitique), c’est-à-dire contribuant directement au débit du fleuve, afin de faire le pendant des sites
existants en zone endoréique (sédimentaire). Deux petits bassins ont ainsi été instrumentés, en étroite
collaboration avec la JEAI Sapalote, en zone de socle granitique et leurs écoulements ont été
mesurés et modélisés en suivant une approche économe en paramètres (congrès #3).
1. Aspects Observation (financement AO2)
La modélisation des écoulements au Sahel en zone sédimentaire endoréique échouait à prédire les
ruissellements de petits bassins (5 à 30 ha) dans la mesure où 25 à 50% de la pluie se ré-infiltre dans
les ravines avant leur arrivée à l’exutoire. Depuis 2011, les études que nous avons menées, avec le
financement Labex, en zone de socle, sur le site de Mele Haoussa ont montré, par rapport aux zones
sédimentaires, des conductivités hydrauliques plus faibles (échelle ponctuelle) et des ruissellements
2
plus forts (échelle de 10 m ) à usage du sol similaire (cultures, jachère). Mais surtout, nous avons pu
montrer, ce qui constituait une inconnue de fonctionnement, que les pertes dans les ravines sont de
l'ordre de 4 à 5% de la pluie seulement en raison des faibles épaisseurs de couverture sableuse.
Ainsi, l'additivité des ruissellements de parcelles (Fig. 1) permet de très bien prédire les volumes
ruisselés aux exutoires sans aucun calage à l'échelle de ces bassins. Les conductivités hydrauliques
sont mesurées à l’échelle ponctuelle et les pressions de front de Green et Ampt sont mesurées à
l’échelle de la parcelle. De plus, une simple vitesse d'écoulement de surface constante et uniforme (5
-1
cm.s ) permet de bien reproduire les hydrogrammes de crue, même bi-modaux (Fig. 2).
La modélisation des zones cultivées exige des caractéristiques hydrodynamiques variables dans le
temps. En effet, le sarclage augmente l'infiltration à court terme mais la perméabilité, pouvant
dépasser 150 mm/h, est réduite jusqu’à être égale à celle des jachères (20 mm/h) après 70 mm de
pluie et diminue même jusqu'à celle des surfaces encroûtées (10 mm/h) après 200 mm de pluie (Fig.
3).
Par ailleurs, sur le site de socle, on a pu constater la non-dépendance du volume ruisselé à l'état
hydrique initial qui témoigne bien du comportement gravitaire des sols sableux. Il est donc nécessaire,
du point de vue de l’observation, de faire porter l’effort de mesure sur les intensités de pluie plutôt que
Bilan daté du 8 janvier 2015 1/6
sur la surveillance de l'état hydrique des bassins. De plus, la modélisation événementielle s’avère
ainsi suffisante pour prédire les écoulements annuels.
L’absence de ré-infiltration dans les versants et les
faibles pertes dans les ravines de tête des bassins
permettent d’envisager maintenant une modélisation
hydrologique sur des bassins beaucoup plus grands,
allant jusqu’à la taille des affluents directs du fleuve
Niger (Fig. 4). Il sera nécessaire, pour cela, de bien
observer et modéliser l’hydraulique des écoulements
dans le réseau hydrographique. Cette modélisation
mécaniste, conservant les principes de simplicité
validés à petite échelle, permettra de quantifier le rôle
de l’évolution des usages du sol sur les écoulements
et, notamment, sur la fréquence accrue des
inondations à Niamey.
2. Aspects Recherche (financement AO3)
Les deux campagnes de mesure menées à Mele
Haoussa en 2012 et 2013 ont constitué un cadre
expérimental idéal pour l’application du simulateur de
pluie léger (SPL) financé par le Labex. Cet appareil a
été depuis rebaptisé "saturomètre" pour plus de
clarté. Rappelons qu’il s’agit d’un appareil original
Fig. 1. Cartographie des parcelles, site de dont les principes ont été développés au LTHE lors
Mele Haoussa (MH1). d’un stage de M2R. Le principe consiste à appliquer,
à la surface du sol, non pas une condition de
MH2 02/09/2012 pression comme le font la plupart des appareillages
existants (double-anneau, infiltromètre à disques)
70 0 mais une condition de flux, ce qui correspond mieux
60 20 aux conditions naturelles. Ainsi, sous flux, la surface
40
Rainfall (mm/h)
50
60
du sol suit deux phases successives, (i) une phase
40 80 non saturée où l’humidité augmente et (ii) une phase
30 100 saturée où le ruissellement se produit.
120
20
140
10 Contrairement aux anciens simulateurs de pluie
160
0 180 ORSTOM, basés sur l’obtention d’un débit ruisselant
3:07 4:19 5:31 plus ou moins permanent, le principe du saturomètre
est d’analyser la phase de montée en saturation et
d’en déduire les caractéristiques du sol souhaitées
Fig. 2. Hydrogramme mesuré (bleu) et
grâce à une formulation analytique du temps de
modélisé (rouge), pour une pluie bi-
saturation.
modale (noir). Débits en mm/h (échelle de
gauche)
Bilan daté du 8 janvier 2015 2/6
140
120
K_sarclage_humide
100
Conductivité hydraulique (mm/h)
K_sarclage_sec
80
60
40
20
0
0 50 100 150 200 250 300
Cumul de pluies depuis le sarclage (mm)
Fig. 3. Conductivité hydraulique de la surface cultivée en fonction du cumul de pluie reçu après
sarclage, selon la méthode employée.
Fig. 4. Décroissance du coefficient d’écoulement avec la taille du bassin en zone de socle.
On ajuste cette relation sur un jeu de données de temps de saturation en fonction de l’intensité
appliquée (Fig. 5) pour en déduire conductivité hydraulique et sorptivité capillaire du sol, ce qui
constitue le côté novateur de notre approche. 272 essais ont ainsi été effectués avec des intensités
variant de 5 à 300 mm/h sur six états de surface distincts (jusqu’à 900 mm/h dans les ravines, très
infiltrantes). Ce jeu de données est unique.
Les résultats de cette méthode de caractérisation ont bien entendu été comparés avec ceux d’une
méthodologie plus classique, menée en parallèle sur les mêmes parcelles (volet Observation) et ont
montré une bonne cohérence. En particulier, les parcelles cultivées ont pu être suivies temporellement
afin de détecter l’évolution des surfaces après travail du sol, ce qui était plus précisément l’objet de la
Bilan daté du 8 janvier 2015 3/6
demande de financement. L’avantage du sarclage en humide a pu être précisément quantifié par
rapport au sarclage à sec (Fig. 3), les deux étant pratiqués dans cette région. Ce travail a été fait
conjointement par infiltrométrie monodimensionnelle (publication acceptée dans BASE) et par
saturométrie. La comparaison fera l’objet d’une autre publication à soumettre.
40
C3
35 C1-C2
Temps de saturation (min)
Ts- (C1-C2)
30 Ts+ (C1-C2)
25 TS- (C3)
TS+ (C3)
20
15
10
5
0
0 50 100 150 200 250 300
iP (mm/h)
Fig. 5. Temps de saturation mesurés (points) et ajustés (courbes) sur les parcelles cultivées. C1-C2
correspond à l’état sarclé et C3 à l’état dégradé. Ts- et Ts+ sont les valeurs min-max de l’expression
analytique ajustée. Les barres verticales représentent les saturations non obtenues.
Le projet d’ensemble s’est déroulé en phase avec les deuxième et troisième années de thèse de
Moussa Malam Abdou, en co-tutelle UJF / Univ. De Niamey, thèse qui a permis la réalisation de tous
les objectifs annoncés.
Bilan daté du 8 janvier 2015 4/6
Production scientifique (articles scientifiques, actes de congrès…)
Thèse :
• Etats de surface et fonctionnement hydrodynamique multi-échelles des bassins sahéliens ;
études expérimentales en zones cristalline et sédimentaire. Thèse de l’Univ. Grenoble I et de
l’Univ. Abdou Moumouni Niamey.
Articles :
• Evolution temporelle de la conductivité hydraulique d’un sol cultivé de l’Ouest du Niger.
Malam Abdou, M., J.-P. Vandervaere, L. Descroix, I. Bouzou MoussaL. O. Faran Maiga, S.
Abdou, B. Bodo Seyni et M. L. Ousseini Daouda. Accepté dans Biotech. Agron. Soc. et Envir.
• Genèse des écoulements sur deux petits bassins cristallins de l’Ouest du Niger : approche
multi-échelles du fonctionnement hydrodynamique.
Malam Abdou, M., J.-P. Vandervaere, I. Bouzou Moussa, L. Descroix, I. Mamadou, O. Faran
Maiga. Soumis à Géomorphologie.
Congrès :
• Hydrodynamic behaviour of crusted soils in the Sahel: a possible cause for runoff increase?
Malam Abdou, M., J.-P. Vandervaere, I. Bouzou Moussa, L. Descroix. European Geophysical
Society, 22-27 April 2012, Vienna.
• Compared hydrodynamic behaviour in sedimentary and crystalline sahelian contexts at the
point, parcel and small catchment scales.
Malam Abdou, M., J.-P. Vandervaere, I. Bouzou Moussa, O. Faran Maiga, L. Descroix.
European Geophysical Society, 7-12 April 2013, Vienna.
• Modelling the hydrology of small granitic basement watersheds in the Sahel with parsimony.
Vandervaere, J.-P., M. Malam Abdou, L. Descroix. AGU Chapman Conference on Catchment
Spatial Organization and Complex Behavior, 22-26 Sept. 2014, Luxembourg.
Bilan daté du 8 janvier 2015 5/6
Bilan financier succinct (avec suivant les cas : co-financements éventuels, équipements
achetés, missions, recrutements divers, fonctionnements divers…)
FINANCEMENTS (demandé)
équipement,
Labex OSUG@2020 AO2 Observation 6900 (6900) fonctionnement
Labex OSUG@2020 AO3 Recherche 4000 (9000) missions sur place
SO Amma-Catch (IRD 2012) 800
Univ. Paris I (2012) 1200
SCAC (2012) 1200
AO interne LTHE (2012) 800 fléché : mission (2012)
Equipe Hybis, LTHE (2013) 2000 fléché : mission n°1 (2013)
SO Amma-Catch (IRD 2013) 1400 fléché : mission n°2 (2013)
TOTAL 2012 = 10900
TOTAL 2013 = 7400
DEPENSES 2012 2013
Petit matériel 3950 650
Rémunération stagiaires 1715 1145
Manœuvres et gardiennage 370 370
Missions France-Niger 1800 3400
Prises de vue avion 700
Missions locales 2365 1835
dont : carburant 590 490
Total : 10900 7400
Annexes si besoin ou lien sur des sites existants et pérennes jusqu’à la fin du
Labex (2020)
Bilan daté du 8 janvier 2015 6/6
Vous pouvez aussi lire
